2014 Fiscal Year Research-status Report
レーザープラズマによる超高強度磁場形成とその応用に関するシミュレーション
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26400532
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
長友 英夫 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (10283813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
砂原 淳 公益財団法人レーザー技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (00370213)
城崎 知至 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10397680)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 輻射流体 / MHD / 強磁場 / 爆縮 / レーザープラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、コード開発、およびそのコードを用いて基礎的なシミュレーション解析を実施した。コード開発については、これまで開発してきたコードの妥当性を調べ、その結果を受けて改善を図った。特に、磁場の方程式の拡散方程式解法を中心に改良作業を行った。
構成する主な３つの課題については以下の実績が得られた。
[磁場発生] アブレーションによる電子流による磁場発生を計算するためのコード開発に関して、既存の放射流体コードの状態方程式の改良、輻射輸送スキームの改良を行い、計算精度向上を図った。
[磁場圧縮] MHD化した２次元輻射流体コードを用いて高強度磁場下でのレーザー駆動爆縮のシミュレーションを行い、磁場がある場合の爆縮への影響を調べた。その結果、熱伝導係数が磁力線とアブレーション面のなす角に依存した非等方性によって爆縮の球対称性が崩れることを明らかにした。この結果を論文(Nuclear Fusionへ投稿済)にまとめるとともに、実験グループと協力してより基礎的な条件である磁場中の平板をレーザーで加速する実験を実施、結果を比較することによってコードの妥当性を検証した。その結果、実験を完全には説明できないことが判明し、これを受けてコードに用いられているモデル、初期条件、境界条件など個別のモデルの検証を行った。
[高強度磁場の確認・応用] 外部印加磁場による高速電子ガイディングについて、爆縮による収束磁場配位の影響について電磁粒子シミュレーションにより評価した。この結果、ミラー比が20以上になるとガイディング効果よりもミラー反射の影響が強くなることを明らかにした(Nuclear Fusionに掲載決定)。爆縮燃料に電子ビームをガイドするためには、磁場印加する際のコイル配置や、印加タイミングを調整することでビーム入射時の磁場配位を最適化する必要があることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
各コードについては、ほぼ予定していた部分の開発・改良を行った。さらに一部コードはその妥当性の検証も行い、その結果を受けて改良作業にも着手した。例えば、磁場圧縮シミュレーション用コードに用いられている数値モデルは、個々には検証で妥当性が示された既存のモデルをベースに開発、構築が行われてきたが、それらを統合した場合の妥当性が問われている。今年度、阪大レーザー研のプラズマ実験グループによって、強磁場下で平板にレーザーを照射し加速させた実験が実際に行われたことから、その結果との比較を行った。その結果、磁場の有無で定性的な結果に相違がみられた。この過程で相違が見つかることは想定していたことであり、類推されるモデルの問題点の検証と改良作業を行っている。これらは、既定の計画と並行して行る作業であり引き続き行い問題解決を図る。
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| Strategy for Future Research Activity |
MHD化した輻射流体コードについては計算手法、特に真空境界条件に改良の余地がある。この点を重点的に改良を図る。この件については、フランスのボルドー大学のグループと協力して行うことが決まり、平成27年度にボルドー大学の招聘研究員として共同研究を行うことになった。ボルドー大学も、磁場中のレーザープラズマの実験を行っており、コード開発から物理まで幅広い議論を行う予定である。
平成27年度後半には、磁場圧縮、および高強度磁場中の電子ビーム制御の一連を統合したシミュレーションが実施できる予定である。これによって、まず磁場圧縮による高強度磁場発生のシミュレーションによって電子ビームの制御に適した磁場配位を設計する。この磁場配位を用いて電磁粒子シミュレーションを実施し電子ビームの制御が可能であることをシミュレーションによって実証し、実験提案を行う。
磁場発生については、コイル表面のアブレーションと電流の表皮効果を考慮したコードによって、磁場発生が見積れるようになる予定である。
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| Causes of Carryover |
申請時点では、当該年度にコード開発、データ連携用のワークステーション購入を予定していた。しかし、実際の配分額が減額されたため、当該年度中の購入を見送った。当該年度の予算を一部繰り越し、次年度の早い時期に購入することにしたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
必要としているコード開発、データ連携用のワークステーションは、次年度のできるだけ早い時期に購入するとともに、購入金額を下げて、次年度の配分額に収まるようにする。開発項目の多くは、これで代用可能であり、大規模なマシンが必要な場合は別途マシンを借用して対応することにする。そのため研究計画自体に遅れを生じさせないようにすることが可能である。
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[Presentation] Computational Study of Magnetic Field Compression by Laser Driven Implosion2014
Author(s)
H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Mima, H. Sakagami, A. Nishiguchi, T. Sano, S. Fujioka, H. Shiraga, H. Azechi
Organizer
25th Fusion Energy Conference, International Atomic Energy Agency (IAEA/FEC)
Place of Presentation
St. Petersburg, Russia
Year and Date
2014-10-17
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[Presentation] Hydrodynamics instability in strong magnetic field for fast ignition2014
Author(s)
H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Mima, H. Sakagami, A. Nishiguchi, T. Sano, The Zhang, S. Fujioka, H. Shiraga, H. Azechi
Organizer
13th International Workshop on the Fast Ignition of Fusion Targets
Place of Presentation
The Queen's College, Oxford, UK
Year and Date
2014-09-17
